Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW
Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW
Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW
Erfolgreiche ePaper selbst erstellen
Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.
4.2 Wirkungsgrade beim <strong>Laser</strong>strahlschweißen 79<br />
schen Schmelzvolumens erkennbar. Mit zunehmen<strong>der</strong> Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeit<br />
nimmt das spezifische Schmelzvolumen ab und kennzeichnet den bereits <strong>in</strong> Kapitel<br />
4.1.1 diskutierten Übergangsbereich. Das deutliche Abknicken <strong>des</strong> Kurvenverlaufs ist<br />
ebenfalls zu erkennen, wenn das spezifische Schmelzvolumen als Funktion <strong>des</strong> Aspektverhältnisses<br />
aufgetragen ist. Der Beg<strong>in</strong>n <strong>des</strong> Übergangsbereichs ist mit dem Unterschreiten<br />
<strong>des</strong> Aspektverhältnisses von AF = 3 verbunden. Bereits <strong>in</strong> Bild 4.25 ist zu<br />
erkennen, dass mit AF < 3 <strong>der</strong> E<strong>in</strong>koppelgrad stark abnimmt, was sich direkt auf das<br />
spezifische Schmelzvolumen überträgt. Mit <strong>der</strong> Reduktion <strong>des</strong> Fokusdurchmessers auf<br />
df = 450 μm (Stablaser) wird <strong>der</strong> Beg<strong>in</strong>n <strong>des</strong> Übergangsbereich aufgrund <strong>des</strong> größeren<br />
Strahlparameterquotienten zu e<strong>in</strong>er Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeit von 16 m/m<strong>in</strong> verschoben.<br />
Durch e<strong>in</strong>e weitere Reduktion <strong>des</strong> Fokusdurchmessers nimmt die E<strong>in</strong>schweißtiefe<br />
nach Bild 4.1 zu und damit e<strong>in</strong>hergehend nach Gleichung (4.11) das Aspektverhältnis.<br />
In diesem Fokusdurchmesserbereich df �300 μm ist das aufgeschmolzene Nahtvolumen<br />
bei fester Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeit konstant, weshalb ab e<strong>in</strong>em Aspektverhältnis<br />
AF > 3 das spezifische Schmelzvolumen nahezu waagrecht bei e<strong>in</strong>em Wert von<br />
45 mm³/kJ verläuft. Bei konstantem Fokusdurchmesser ergibt sich bei e<strong>in</strong>em Vorschub<br />
von v = 3 m/m<strong>in</strong> das jeweils größte Aspektverhältnis, das mit steigen<strong>der</strong> Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeit<br />
abnimmt. Für den Fokusdurchmesser df = 50 μm (FL) beträgt das größte<br />
Aspektverhältnis AF = 85.<br />
Der Stahlwerkstoff DC04 (ohne Abbildung) verhält sich analog zum Edelstahl<br />
CrNi18-10. Aufgrund <strong>der</strong> etwas höheren Wärmeleitfähigkeit <strong>des</strong> Stahlwerkstoffes beg<strong>in</strong>nt<br />
<strong>der</strong> Übergangsbereich jeweils bei e<strong>in</strong>er etwas ger<strong>in</strong>geren Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeit.<br />
spez. Schmelzvolumen <strong>in</strong> mm³/kJ<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
Ü<br />
20 Faserlaser Scheibenlaser Stablaser<br />
10<br />
0<br />
d f = 50 μm<br />
d f = 75 μm<br />
d f = 100 μm<br />
d f = 75 μm<br />
d f = 100 μm<br />
d f = 150 μm<br />
d f = 200 μm<br />
d f = 300 μm<br />
d f = 450 μm<br />
d f = 600 μm<br />
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22<br />
Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeit <strong>in</strong> m/m<strong>in</strong><br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
Ü<br />
TS<br />
CrNi18-10<br />
0<br />
0 1 10 100<br />
Aspektverhältnis<br />
Bild 4.30: Spezifisches Schmelzvolumen von CrNi18-10 als Funktion von Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeit<br />
und Aspektverhältnis für Strahlquellen unterschiedlicher Fokussierbarkeit<br />
bei PL = 3 kW (Ü: Übergangsbereich, TS: Tiefschweißen).
Change language